(57)【要約】【課題】  フェースプレートが、反応チャンバ内のプロセス領域に到達する前に複数のガスが混合されることなく、複数のガスをプロセス領域に供給する複数のガス通路を有する、半導体ウエハ処理システムのシャワーヘッドのためのフェースプレートの提供。【解決手段】  シャワーヘッドは、フェースプレートとガス分配マニホールドアセンブリを含んでいる。フェースプレートは、マニホールドアセンブリからフェースプレートを通ってプロセス領域に第１ガスを運搬する複数の第１ガス穴と、マニホールドアセンブリから第２ガスを受容する円周プレナムに複数の第２ガス穴を結合する複数の流路と、を画成している。フェースプレートとマニホールドアセンブリは、実質的に固体のニッケル成分から各々製造されている。【選択図】  図１
0003117331.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ処理システムのためのフェースプレートであって、
各プレートが固体ニッケル成分から製造された、第２ガス分配プレートに結合された第１ガス分配プレートであって、
該第１ガス分配プレートと該第２ガス分配プレートが、それぞれ、下部ガス分配プレート及と上部ガス分配プレートの双方を通って一列に並んで伸びている複数の第１穴を備え、
第２ガス分配プレートが、その下部を通って形成された複数の第２穴を含み、その上部で、該複数の第２穴の上方に形成された複数の相互連結流路を含み、
該第１ガス分配プレートが、該第２ガス分配プレートに結合したときに、円周キャビティを画成する下方凹表面を有し、該複数の第１穴によって画成された第２流路から独立した該フェースプレートを通る第１流路を形成するために、該第２ガス分配プレートの該相互連結流路が、該複数第２穴と該円周キャビティと流体連通している、前記プレート、
を備えている、前記フェースプレート。
【請求項２】
該第２ガス分配プレートの該相互連結流路が、クリスクロス（criss-cross）パターンに形成されている、請求項１記載のフェースプレート。
【請求項３】
該相互連結流路が切断されて、該第２ガス分配プレートの該上部において正方形状凸部を形成している、請求項１記載のフェースプレート。
【請求項４】
該第１ガス分配プレートが、該第１ガス分配プレートを該第２ガス分配プレートに蝋付けすることによって該第２ガス分配プレートに結合されている、請求項１記載のフェースプレート。
【請求項５】
該第１ガス分配プレートと該第２ガス分配プレートを通る該複数の第１穴が、該第１ガス分配プレートと該第２ガス分配プレートが共に蝋付けされた後に穿設されている、請求項４記載のフェースプレート。
【請求項６】
半導体ウエハ処理システムのためのシャワーヘッドであって、
固体ニッケル成分から製造された一体的構造を有するフェースプレートであって、
該フェースプレートが、第１ガス分配プレートと第２ガス分配プレートを含み、各々がそれを通じて一列に並んで伸びている複数の第１穴を有し、
該第２ガス分配プレートが、その下部を通って形成された複数の第２穴と、その上部、該複数の第２穴の上方に形成された複数の相互連結流路を含み、
該第１ガス分配プレートが、該第２ガス分配プレートに結合したときに、円周空間を画成する下方凹表面を有し、該複数の第１穴によって画成された第２流路から独立した該フェースプレートを通る第１流路を形成するために、該第２ガス分配プレートの該相互連結流路が該複数の第２穴と該円周キャビティと流体連通している、前記フェースプレートと、
第１ガスを該第１ガス分配プレート中の該第１ガス穴へ、また、第２ガスを該第２ガス分配プレート中の該流路へ供給するために該フェースプレートに結合されたガス分配マニホールドアセンブリと、
を備えている、前記シャワーヘッド。
【請求項７】
冷却プレートが、前記ガス分配マニホールドアセンブリに添着されている、請求項６記載のシャワーヘッド。
【請求項８】
該第２ガス分配プレート中の該相互連結流路が、クリスクロスパターンに形成され、該第２ガス分配プレートの該上部において、該相互連結流路が切断されて正方形状凸部を形成している、請求項６記載のシャワーヘッド。
【請求項９】
正方形状凸部が、該内部ガス分配キャビティ内へ伸び、それを通る流路を画成している、請求項８記載のシャワーヘッド。
【請求項１０】
該第１ガス分配プレートを該第２ガス分配プレートへ蝋付けすることにより該フェースプレートが形成されている、請求項６記載のシャワーヘッド。
【請求項１１】
該ガス分配マニホールドが、更に、該第１ガス分配プレート中の該複数の第１穴へ該第１ガスを供給する円筒形の第１ガス流路を備えている、請求項６記載のシャワーヘッド。
【請求項１２】
該ガス分配マニホールドが、更に、環状キャビティと、該第２ガスを該周囲プレナムへ供給する該環状キャビティから伸びている放射状流路と、を有する第２ガス流路を備えている、請求項１１記載のシャワーヘッド。
【請求項１３】
半導体ウエハ処理システムのためのシャワーヘッドであって、
上部ガス分配プレートに結合した下部ガス分配プレートを有するフェースプレートであって、
該下部ガス分配プレートと該上部ガス分配プレートの各々が、固体ニッケル成分から製造され、
該フェースプレートが、該下部ガス分配プレートと前記上部ガス分配プレートの双方を通って、一列に並んで伸びている複数の第１ガス穴と、複数の相互連結流路へ該下部ガス分配プレートを通って伸びている複数の第２ガス穴とを有し、該相互連結流路が該上部ガス分配プレートを通って伸びている第３ガス穴に接続されている周囲プレナムに結合されている、前記フェースプレートと、
前記上部ガス分配プレート中の該第１ガス穴に第１ガス、また、前記下部ガス分配プレート中の該第３ガス穴と流路に第２ガスを供給するために前記フェースプレートに結合されたガス分配マニホールドアセンブリと、
を備えている、前記シャワーヘッド。
【請求項１４】
該下部ガス分配プレート中の該相互連結流路が、クリスクロスパターンに形成されている、請求項１３記載のシャワーヘッド。
【請求項１５】
該相互連結流路が、該下部ガス分配プレートの上部において切断されて正方形状凸部を形成している、請求項１４記載のシャワーヘッド。
【請求項１６】
該フェースプレートが、該上部ガス分配プレートと該下部ガス分配プレートを蝋付けすることにより形成されている、請求項１３記載のシャワーヘッド。
【請求項１７】
該ガス分配マニホールドが、更に、
該第１ガスを該上部ガス分配プレート中の該複数の第１ガス穴へ供給する円筒形状の第１ガス流路と、
環状キャビティと、該第２ガスを該周囲プレナムに供給する該環状キャビティから伸びている放射状流路と、を有する第２ガス流路と、
を備えている、請求項１３記載のシャワーヘッド。
【請求項１８】
該上部ガス分配プレートと該下部ガス分配プレートを通る該複数の第１穴が、該上部ガス分配プレートと該下部ガス分配プレートが共に蝋付けされた後に穿設される、請求項１６記載のシャワーヘッド。
【請求項１９】
該固体ニッケル成分が、Ｎｉ２００シリーズ材料を含んでいる、請求項１３記載のシャワーヘッド。
【請求項２０】
該第１穴がそれを通って形成されたものの間の該上部ガス分配プレートの一部分が、該下部ガス分配プレートの該正方形状凸部の上表面に蝋付けされている、請求項１６記載のシャワーヘッド。
【考案の詳細な説明】
【考案の背景】
【０００１】
考案の分野
[0001]本考案は、半導体ウエハ処理システムに関し、更に詳細には、半導体ウエハ処理システムの反応チャンバへ少なくとも２種のプロセスガスを供給するガス分配シャワーヘッドに関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]半導体ウエハ処理システムは、一般的に、プロセス領域の近くのチャンバ内に、半導体ウエハを支持するペデスタルを有する処理チャンバを含んでいる。チャンバは、部分的に、プロセス領域を画成する真空の囲いを形成している。ガス分配アセンブリ又はシャワーヘッドは、プロセス領域に１種以上のプロセスガスを供給する。その後、ガスは加熱され及び／又はウエハ上で一定のプロセスを行うプラズマを形成するためにエネルギーが供給される。これらのプロセスには、ウエハ上に膜を堆積させる化学気相堆積（ＣＶＤ）やウエハから物質を除去するエッチング反応が含まれてもよい。
【０００３】
[0003]多数のガスを必要とするプロセスにおいて、通常、ガスは、混合チャンバ内で混合され、次に、コンジットによってシャワーヘッドに結合される。例えば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）及びアンモニア（ＮＨ3）をプロセスガスとして用いる窒化チタン堆積において、２種のプロセスガスがそれぞれ、ヘリウムや水素などのキャリアガスとともに、混合チャンバに供給され、これらのガスが混合されて、気体混合物を形成する。気体混合物は、それから、気体混合物がプロセス領域に均一に分配されるように、複数の穴を有する分配プレートにコンジットを通って結合される。気体混合物がプロセス領域に入り、エネルギーが注入されると、四塩化チタンとアンモニアが化学的に反応して、窒化チタンを形成するように（即ち、ＴｉＣｌ4は、ＮＨ3によって還元される）、四塩化チタンとアンモニア間で化学反応が起こる。窒化チタンは、化学気相堆積反応においてウエハ上に堆積する。
【０００４】
[0004]他の２種のガスの化学気相反応が含まれる。テトラジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）をアンモニアと組み合わせて熱分解して窒化チタンを生成する；テトラジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）をアンモニア又は窒素水素混合物を組み合わせて熱分解して窒化チタンを生成する；又は六フッ化タングステン（ＷＦ6）を、水素（Ｈ2）を用いて還元してタングステンを生成する。ウエハの処理に２種以上のガスを必要とするこれらのケース及び他のいかなるケースにおいても、多数のガスがプロセス領域に均一に供給されることが必要である。
【０００５】
[0005]ガスがプロセス領域に均一に分配されることを確実にするために、通常は、プロセス領域へガスを放出する前に、ガスを混合することが都合が良いにもかかわらず、混合チャンバ内で、ガスは、還元を開始するか、又は他の反応を開始する傾向がある。従って、気体混合物がプロセス領域に到達する前に、混合チャンバ、コンジット、他のチャンバ構成部品の堆積又はエッチングが起こり得る。更に、生成物による反応物が、チャンバガス分配構成部品に蓄積しうる。
【０００６】
[0006]ガスが、分配プレートを出て、プロセス領域に入るまで、分離した通路中のガスを維持する努力として、１９９７年１月２１日に発行された米国特許第５,５９５,６０６号（“６０６”特許）には、それらが分配プレートを出てプロセス領域に入るまで、別々の通路の２種のガスを維持するシャワーヘッドを形成する多数のブロックスタックが開示されている。このように、ガスがウエハ近くのプロセス領域に達するまで、ガスは、混合されたりし、お互いに反応することはない。
【０００７】
[0007]図14は、“６０６”特許の先行技術のシャワーヘッド５０を示す断面図である。
そのシャワーヘッド５０は、上部ブロック５８、中央ブロック６０及び下部ブロック６２を含んでいる。シャワーヘッド５０は、第１ガス通路５４ａ、５４ｂ、５４ｃの第１組（あわせて通路５４）と、第２ガス通路５２ａ、５２ｂ、５２ｃの第２組（あわせて通路５２）を含んでいる。通路５２、５４は、通路の独立性を保持するように、上部ブロック５８から下部ブロック５８へ分岐する。ガスは、ポート６４を通して通路５２に、ポート７２を通して通路５４に供給される。通路５２と５４は、中央ブロック６０に形成されるマニホールド８０と８２を用いて分岐する。具体的には、通路５２はマニホールド８０を通じて分岐し、通路５４はマニホールド８２を通じて分岐する。
【０００８】
[0008]冷却流路８４は、ガス出口７８を冷却するため、ガス出口７８の近く、下部ブロック６２に設けられている。このような方法で、シャワーヘッド５０は、プロセスガスの液化温度よりも低い温度に維持される。例えば、ＴＤＥＡＴの場合、４０℃より低い温度である。
【０００９】
[0009]ブロック５８、６０、６２は、シャワーヘッド５０中のガスを密封するためにブロック５８、６０、６２の間に載置されたＯリング９０を介して互いに積み重ねられる。この種のＯリング９０は、ガスがシャワーヘッドの外へ洩出しないことを確実にするために効果的である一方、様々なブロックの連結部において、ガス通路５２と５４の間のリークにより、シャワーヘッド内でガスが混ざらないことを確実にすることにはあまり効果的ではない。そのようなガスの混合は、デュアルガス通路アセンブリの目的を失する。即ち、ガスが、下部ブロック６２を出て、プロセス領域へ入るまで、ガスが完全に分離されるわけではない。更に、プロセスチャンバ内にＯリングが存在すると、Ｏリング材料が破損したり、チャンバを汚染したり、更に悪い事には、ウエハ表面を汚染する可能性がある。
【００１０】
[0010]２０００年にUmotoyらに発行された米国特許第６,０８６,６７７号は、アルミニウムから製造され、深さ０.２〜０.４ミルにニッケルでめっきされたフェースプレートを提供している。フェースプレートの様々なさまざまなキャビティ中や流路中へのニッケルめっきプロセスは高価である。更に、ニッケルめっき組成物は、より高いプロセス温度において分解する可能性がある。例えば、ニッケルめっきが約３４０℃より高い処理温度で分解し始めることが観察されている。一部の化学気相堆積処理ステップにおいて、処理領域は、最高約３７５℃の温度に至る。
【００１１】
[0011]従って、プロセス領域に到達する前にガスが混合しないように、少なくとも２種のガスをプロセス領域内へ運ぶシャワーヘッドが必要である。更に、シャワーヘッド内のガスを密封するためにエラストマーやソフトＯリングを必要としないシャワーヘッドの構成が必要である。またさらに、３４０℃を上回る処理温度に耐える可能性がある固体ニッケルから製造されるデュアルガスフェースプレートが必要である。
【考案の概要】
【００１２】
[0012]先行技術に伴うある不利な点は、本明細書において記載されている半導体ウエハ処理システム用のフェースプレートとシャワーヘッドによって解決される。少なくとも一つの実施形態において、半導体ウエハ処理システムのためのフェースプレートが提供される。フェースプレートは、第２ガス分配プレートに結合される第1ガス分配プレートを含んでいる。第１及び第２双方のガス分配プレートは、固体ニッケル成分から製造される。第1ガス分配プレートと第２ガス分配プレートは、各々複数の穴を含み、双方のそれぞれのプレートを通って一列に並べられて伸びている。第２ガス分配プレートは、第２ガス分配プレートの下部を通って形成された複数の第２穴と、上部に形成された相互連結流路を含んでいる。相互連結流路は、複数の第２穴の上方に位置する。第1ガス分配プレートは、第２ガス分配プレートに結合されるときに、円周キャビティを画成する凹部下表面を有する。第２ガス分配プレートの相互連結流路は、複数の第１穴により画成された第２流路から独立したフェースプレートを通じて、第１流路を形成するために、複数の第２穴と、円周キャビティと流体連通されている。
【００１３】
[0013]少なくとも他の一実施形態において、半導体ウエハ処理システム用のシャワーヘッドが供給される。シャワーヘッドは、第１ガス分配プレート中の第１ガス穴に第１ガスを供給し、第２ガス分配プレート中の流路に第２ガスを供給するためのフェースプレートに結合されたガス分配マニホールドアセンブリを含んでいる。フェースプレートは、第２ガス分配プレートに結合される第1ガス分配プレートを含んでいる。第１と第２のガス分配プレートは双方とも、固体ニッケル成分から製造される。第1ガス分配プレートと第２ガス分配プレートは、各々、双方のそれぞれのプレートに一列に並んで伸びている複数の第1穴を含んでいる。第２ガス分配プレートは、更に、第２ガス分配プレートの下部を通って形成された複数の第２穴と、上部に形成された相互連結流路を含んでいる。相互連結流路は、複数の第２穴の上方に位置する。第1ガス分配プレートは、第２ガス分配プレートに結合されるときに、円周キャビティを画成する凹部下表面を有する。第２ガス分配プレートの相互連結流路は、複数の第１穴により画成された第２流路から独立したフェースプレートを通って第１流路を形成するために、複数の第２穴と円周キャビティと流体で連通している。
【００１４】
[0014]更に別の実施形態では、シャワーヘッドは、下部ガス分配プレート及び上部ガス分配プレートを有するフェースプレートに結合されたガス分配マニホールドアセンブリを含んでいる。下部ガス分配プレートと上部ガス分配プレートの各々は、固体のニッケル成分から製造される。フェースプレートは、下部ガス分配プレートと上部ガス分配プレートを通って、一連に並んで伸びている複数の第1ガス穴を有する。複数の第２ガス穴は、複数の相互連結流路へ下部ガス分配プレートを通って伸びている。相互連結流路は、上部ガス分配プレートを通って伸びている複数の第３ガス穴に接続している円周プレナムに結合される。ガス分配マニホールドアセンブリは、上部ガス分配プレート中の第１ガス穴に第１ガスを供給し、下部ガス分配プレート中の第３ガス穴と相互連結流路に第３ガスを供給する。
【００１５】
[0015]本考案の教示は、添付図面と共に以下の詳細な説明を考慮することによって、容易に理解することができる。
【００１６】
[0030]理解を容易にするために、図に共通して同一の要素を示すために、可能な部分では、同じ符号を用いた。
【詳細な説明】
【００１７】
[0031]図1は、本考案のシャワーヘッド１１４を利用している説明的半導体ウエハ処理反応チャンバ１００を示す断面模式図である。チャンバ１００はプロセス領域１０４を画成し、プロセス領域１０４は、ウエハ表面上に、材料を堆積し、又はウエハ表面から材料をエッチングするために用いられる。基板１０６、例えば、半導体ウエハは、プロセス領域１０４の近くに維持され、ペデスタル１０８の上表面上に支持される。ペデスタル１０８は、チャンバ１００内を垂直に移動し（矢印１１０で示すように）、スリットバルブ１１２を通して基板１０６を取り出すことができる位置に下降する。下降位置にいる間、新たな基板１０６をペデスタル１０８に配置することができる。その後、示されるように、ペデスタル108は、処理位置に上昇し、ウエハ１０６は、プロセス領域近くに置かれる。プロセスガスは、シャワーヘッド114によって供給される。本考案の好適実施形態において、複数のガスがウエハ処理に用いられる。例示的には、２つのガスが用いられる。プロセスガス1（例えば、四塩化チタンＴｉＣｌ4）とプロセスガス２（例えばアンモニアＮＨ3）である。これらのガスは、ウエハを処理するため、即ち、ウエハ上の気相又はウエハの化学エッチングに必要な気体混合物を形成する。それぞれの供給源１１６と１１８からのプロセスガスは、バルブ１２０と１２２を通って、シャワーヘッド１１４まで達するチャンバ１００の壁１２８まで通っているコンジット１２４と１２６にそれぞれ供給される。シャワーヘッド１１４は、チャンバ１００のリッドを形成する。
【００１８】
[0032]シャワーヘッド１１４は、フェースプレート１３０とガス分配マニホールド１３２を含んでいる。ガス分配マニホールド３２は、チャンバ壁１２８を通ってガスを運搬するコンジット１２４と１２６にそれぞれ結合される２本のコンジット１３４と１３６を備えている。シャワーヘッド１１４とチャンバ１００の壁１２８間の接続面１３８のコンジットは、各々のコンジット１２４と１２６に外接するＯリング１４０及び１４２を用いて効果的に密封される。第1プロセスガスは、フェースプレート１３０に第１プロセスガスを分配する円筒形チャンバ１４４にコンジット１３４を経て供給される。第２プロセスガスは、フェースプレート１３０に第２プロセスガスを分配する環状チャンバ１４６にコンジット１３６を経て供給される
[0033]フェースプレート１３０は、複数のガスを、プロセス領域１０４に到達する前に混合しないように、プロセス領域１０４に供給するための複数のガス通路を含んでいる。一つ以上の実施形態において、フェースプレート１３０は、下部ガス分配プレート１４８と上部ガス分配プレート１５０を含んでいる。２つのプレート１４８、１５０は、各々、２つのプロセスガスをプロセス領域１０４に入れるための２本の異なった通路を画成するさまざまな流路と穴を含んでいる。流路と穴の個々の構成は、下部ガス分配プレート148については、図３，図４に、上方ガス分配プレート１５０については、図６、図７、図８に詳述される。流路と穴の間の密封にＯリングを用いないで流路を画成するためには、一体的なフェースプレート１３０を形成するため、下部及び上部ガス分配プレート１４８、１５０がお互いに融着される。フェースプレート１３０は、ガス分配マニホールド１３２に、好ましくはボルトで締められる（複数のボルト１５２を使用する）。フェースプレート１３０とマニホールド１３２の結合面は、各々１〜３ｍｍの平坦度を有する。このように、それらの構成材は、Ｏリングを使用せずにボルトで締められることができ、ガス混合を避けるための十分な密封状態が生じる。フェースプレート１３０とマニホールドアセンブリ１３２は、３４０℃を上回る温度に耐えることができる固体ニッケル金属、例えば、固体のニッケル２００シリーズ材料で製造される。
【００１９】
[0034]図２は、下部ガス分配プレート１４８を示す平面図である。図３は、図２の線３‐３に沿った下部ガス分配プレート１４８を示す部分断面図である。図４は、図２において表される下部ガス分配プレート１４８の一部分を示す詳細な平面図である。図５は、図4の線５‐５に沿った詳細な断面図である。下部ガス分配プレート１４８の開示内容を最も良く理解するために、読者は、同時に図２、３、４及び５を参照しなければならない。
【００２０】
[0035]図２‐図５を参照すると、下部ガス分配プレート148は、平面図が円形又はディスク状である。下部プレート１４８は、中心入口領域２００及び周囲のフランジ２０２を有する。望ましくは、フランジ２０２は、ほぼ２.５mmの厚み幅を有する。一方、中心入口領域２００はほぼ１.２１ｃｍの厚み幅を有する。中心領域２００はフランジ２０２の幅によって定められる。それはほぼ２.５４ｃｍである。中心入口の領域２００は、２組の穴２０４と２０６を含む。各々の穴２０４、２０６は、隣接穴からほぼ６.３５mmの中心−中心間距離を有する。通常、第１ガスのための穴２０６（例えば、ＴｉＣｌ4のための穴は、０.０２５インチである）は、第２ガスのための穴２０４（例えば、ＮＨ3のための穴）とほぼ同じ大きさである。
【００２１】
[0036]下部ガス分配プレート１４８から出るそれぞれのガスのための穴２０４と２０６は、約７００個が好ましい。しかしながら、各々のガスのための穴サイズ及び穴数の選択は、プロセス条件に基づく設計者の選択の問題である。この点で、穴サイズは、気体流速度、ガス圧、ガス種類、チャンバ圧などによって、変動する。穴サイズは、また、フェースプレート表面にわたって変化してもよい。穴を通るガス流量は、フェースプレート１３０の穴の位置と相関する。
【００２２】
[0037]第１ガスのための穴２0６は、中心入口領域２００を通って伸びて、穴２１０によってくり広げられる。或いは、２枚のプレート１４８、１５０が一緒に蝋付けされた後、穴２０８と２１０を穿設することができる。中心入口領域２００は、幅３.１７３mm及び深さ９.５２５mmを有する溝又は流路２０８を形成するために切断される。流路２０８は、水平（線２０１で示すように）から４５°の角度で形成されて、穴２０４の上に配設される。流路２０８は“クリスクロス（十字）”パターンに切断され、流路の開口頂部が閉じられる時、第２ガスのためのガスマニホールドを形成する。従って、流路２０８が形成された後、正方形パターンの突起２１２（図４に示される）が穴２０６周辺に残される。正方形パターン（即ち、４つの等辺及び４つの直角）は、ダイヤモンド状の島パターン（即ち、４つの等辺と２つの鈍角）より、機械加工するのが容易であり、正方形カットは、ダイヤモンドカットよりも、バリ残りが少ない。
【００２３】
[0038]図６は、上部ガス分配プレート１５０を示す平面図である。図７は、図６の線７‐７に沿ったプレート１５０を示す断面図である。図８は、図７に示されるプレート１５０の一部分を示す分解断面図である。図６-図８を参照すると、上部ガス分配プレート１５０は、組み立ての際に、下部ガス分配プレート１４８のフランジ２０２に連結され載置される外部エッジ（フランジ支持体６００）を有する。上部ガス分配プレート１５０の中央は、凹部６０２である。凹部６０２は、上部プレート１５０及び下部プレート１５０が組み合わさるように、実質的に下部ガス分配プレート１４８の、高い中心入口領域２００と適合する。上部ガス分配プレート１５０は、中央に位置するほぼ１.６mmの直径を有する複数の穴６０４を含み、これらの穴は、下部ガス分配プレート１４８の第１ガスのための穴２１０と一列に並ぶ。更に、上部ガス分配プレート１５０の端部近くであって、フランジ押え６００の内部は、下部ガス分配プレート１４８中の流路２０８にガスを分配するために用いられる複数の穴６０６がある。第１ガス穴２０６及び下部ガス分配プレート１４８のそれらに付随するカウンタボア２１０の配置に同様に適合するほぼ７００の穴が、上部ガス分配プレート１５０にある。下部ガス分配プレート１４８の流路２０８にガスを供給するガス分配穴６０６は、各々ほぼ６.３５mm.の直径を有する、８つの穴ができるように、上部ガス分配プレート１５０の周辺に配設される。
【００２４】
[0039]図９は、フェースプレート１３０の一部分を示す組み立て図である。フェースプレート１３０を取り付けるために、下部１４８及び上部１５０のガス分配プレートの表面は、１〜３ｍｍ以内に均一でなければならない。ニッケル板を溶解させるために、隣接表面は、シリコンリッチなアルミニウムで被覆されてもよい。下部１４８及び上部１５０の分配プレートは、それからお互いに固定され、そのアセンブリは、ガス分配プレート148、１５０がその中でお互いに融合される炉に載置される。この方法で、２つのプレートは１つの（即ち、一体的な）部材、即ち、フェースプレート１３０を形成する。或いは、ガス分配プレート１４８、１５０の各々は、固体のニッケル成分から製造され、蝋付けによって融着される。いずれの例においても、フェースプレート１３０の中でガスを保持するか又はガスの分離を維持するために、Ｏリングは必要ではない。
【００２５】
[0040]下部プレート１４８と上部プレート１５０は、フランジ２０２とフランジ押え６００が接合する部分で融合する。具体的には、フランジ２０２とフランジ押え６００は、外部エッジ９０２と融合し、フェースプレート１３０内部で、全てのガスを維持するための十分な密封を形成する。更に、上部ガス分配プレート１５０と下部ガス分配プレート１４８のフランジ２０２は、下部ガス分配プレート１４８中に形成されるガス流路２０８に、ガスを供給する円周プレナム９００を形成する。穴６０６は、この円周プレナム９０0にガスを供給する。上部ガス分配プレート１５０は、流路２０８の最上部を形成し、均一な矩形断面の流路２０８が、第２プロセスガスを下部ガス分配プレート１４８の穴２０４に分配するために形成されるようになっている。上部ガス分配プレート１５０の穴６０４は、第１プロセスガスが妨げられずに分配プレート１４８と1５０の両方を通過し、チャンバ１０２のプロセス領域１０４に到達するように、下部ガス分配プレート１４８（図５に示す）の穴２１０と一列に並べられる。一旦融合すると、複数の取り付け穴９０４（ボルト頭（図示せず）がフェースプレート表面と同一高さを維持できるように、さらに穴が開けられる。）は、フェースプレート１３０をガス分配マニホールド１３２に添着するのを容易にするために、円周縁領域９０２中に形成される。
【００２６】
[0041]更に詳細にガス分配マニホールド１３２を考慮すると、図１０は、ガス分配マニホールド１３２を示す平面図である。図１１は、図１０の線１１‐１１に沿ったガス分配マニホールド１３２を示す断面図である。図１２は、図１０に示されるガス分配マニホールド１３２を示す底面図である。図１０‐図１２を参照すると、ガス分配マニホールド１３２は、コンジット１２４と１２６（図1に示される）からフェースプレート１３０まで各々のプロセスガスを供給する。マニホールド１３２は、３つの構成要素；下部プレート１０００、中央プレート１００２、上部プレート１００４を含んでいる。下部プレート１０００は、フェースプレート１３０の直径と同じか又は実質的に同じ直径を有する第１キャビティ１００６を含んでいる。第１キャビティ１００６は、フェースプレート１３０と組み合わさるように設計されている。第２キャビティ１００８は、フェースプレート１３０が、第１キャビティ１００６への取付によって、マニホールド１３２に当接するときに、チャンバ１４４が画成されるように、第１キャビティ１００６と共軸であるが、より小さい直径を有する。チャンバ１４４は、第１プロセスガスを上部ガス分配プレート１５０の穴６０４に分配する。中央に位置する穴１０１０は、中央穴１０１０から上部プレート１００４の端部の近くまで延びるコンジット１３４と、チャンバ１４４を結合する。その位置で、コンジット１３４は、チャンバ壁１０２のコンジット１２４と結合する。コンジット１３４を形成するために、上部プレート１００４は、ガスが流れるフライス削りされた流路を底表面に有する。流路は、中央プレート１００２の最上面が流路１３４の底部を形成するように、中央プレート１００２に上部プレート１００４を取り付けることによって完成される。
【００２７】
[0042]コンジット１２６とチャンバ１００の壁１２８からの第２プロセスガスとフェースプレート１３０を結合させるために、環状チャンバ１４６が、マニホールド１３２内で画成される。環状チャンバ１４６は、下部プレート１０００の最上面の環状チャンネル１４６をフライス削りすることによって形成される。放射状の方向を有する流路１０１２は、各々の流路１０１２の末端の穴１０１４に、環状チャンネル１４６を接続する。更に、コンジット１３６を形成する流路が、環状流路１４６から接続面１３８でのコンジット結合位置まで伸びている下部プレート１０００において形成される。環状流路１４６の最上面は、中央プレート１００２によって閉じられる。閉じられた環状流路１４６は、第２プロセスガスをフェースプレート１３０中の分配プレナム９００に結合する、放射状に伸びている流路１０１２と穴１０１４によって形成される。
【００２８】
[0043]ガス分配マニホールドアセンブリ１３２を製造するために、下部プレート、中央プレート、上部プレート１０００、１００２、１００４は、結合面がシリコンリッチなアルミニウム膜で被覆されてもよい。或いは、下部プレート１０００、中央プレート１００２、及び上部プレート１００４は、固体のニッケル２００シリーズ材料から製造される。全てのマニホールドアセンブリ１３２は、それから、お互いに接触面を融合させて、一体的マニホールドアセンブリ１３２を形成するために、約５５０℃の温度で、燃焼加熱炉に固定されて、載置される。このように、プロセスガス間の分離を維持するために、Ｏリングは必要でない。前述の実施形態のシャワーヘッド１１４は、１０-5Ｔｏｒｒの真空試験において検査され、各々のガス流入コンジット１３４と１３６に供給されるガスの間で、混合及び交差汚染は、経験されなかった。
【００２９】
[0044]本明細書において、上で又は他で記載されている実施形態のいずれかにおいて、シャワーヘッド１１４は、シャワーヘッド１１４を均一で一定の温度に維持することができる冷却プレート又は他の冷却構成材と結合されることができる。このような冷却プレートは、冷却プレートがガス分配マニホールド１３２の上部に冷却プレートが載置されている間、冷却剤が冷却プレート内を通って循環するように切断された冷却流路か、さもなければ、内部に形成された冷却流路を有する機構を用いて形成することができる。マニホールドアセンブリ１３２の上部に取り付けられる冷却プレート１１００の図示される配置は、図１１に示される。
【００３０】
[0045]図１３は、フェースプレート１３００の別の実施例の一部分の断面図を表す。この実施形態は、上部ガス分配プレート１３０２及び下部ガス分配プレート１３０４を含む。下部ガス分配プレート１３０４は、プレート１３０４が複数のガス分配穴を画成するという点で、先に述べた下部ガス分配プレート（図９の１４８）より小さい（１組の穴１３０６は第１ガスを分配するためにあり、１組の穴１３０８は第２ガスを分配するためにある）。その他の穴は、下部プレート１３０４の上部１３１０からくり広げられる。垂直方向の管状コンジット（チューブ）１３１２の一端は、各々のカウンタボアに位置する。各々のチューブ１３１２の他端は、上部ガス分配プレート１３０２の穴１３２０を通過する。上下のガス分配プレート１３０２と１３０４及びチューブ１３１２は、やはり固体ニッケルで製造される。一旦取り付けられると、前述の実施形態に記載されているのと同様に、フェースプレート１３００は、炉内に載置され、接触面を蝋付けするために加熱される。
【００３１】
[0046]チューブ１３１２の各々は、第２ガスが、ガス分配穴１３０８に到達するように、第２ガスのためのガス流路を画成する。上部ガス分配プレート１３０２の下表面１３１４と下部ガス分配プレート１３０４の上表面１３１０は、第１ガスをガス分配穴１３０６に分配するキャビティ１３１６を画成する。第１ガスは、一つ以上の入口１３１８を経てキャビティ１３１６に供給される。ガスマニホールド（図示されないが、図１のマニホールドアセンブリ１３２と同一である）は、フェースプレート１３００と結合されて、第１ガスを入口１３１８に、第２ガスをフェースプレート１３００のチューブ１３１２に供給する。このフェースプレートの実施形態を含んでいるシャワーヘッドの取付及び動作は、前述の実施例と同一である。
【００３２】
[0047]本明細書において上で又は他で記載されているいかなる実施形態のその他の製造プロセスは、フェースプレート構造を“積み重ねる”ためにスタッキングダイカット層を含んでいる（各層は、約５ｍｍ厚）。積み重ね又は貼り合せられた層は、それから炉に載置されて、一体的なフェースプレートに融合される。フェースプレートの材料は、固体のニッケルである。本考案の教示を組み込む各種実施形態が詳細に本明細書において図と共に記載されたにもかかわらず、当業者はまだこれらの教示（後に続くものも含む）を組み込んだ多くの他の様々な実施形態を容易に構成することができる。
【００３３】
[0048]少なくとも一つの個々の実施形態において、シャワーヘッドは、一体的フェースプレートとガス分配マニホールドアセンブリを有する。フェースプレートは、上部ガス分配プレートと下部ガス分配プレートの各々から製造され、それらは一緒に蝋付けされるか又は融合されて、一体的フェースプレートを形成する。プレートの各々は、固体のニッケル材料、例えば、固体のニッケル２００シリーズ材料から製造される。プロセスガスは、ガス分配マニホールドアセンブリによってフェースプレートのさまざまな流路へ、別々に運搬される。ガス分配間にホールドアセンブリは、上部ガス分配プレートの裏又は最上面にボルトで締められる。任意選択で、シャワーヘッドを所定の温度に維持するために、冷却プレートを、ガス分配マニホールドアセンブリにボルトで締めることができる。
【００３４】
[0049]上の又は他の本明細書における一つ以上の実施形態において、上下のガス分配プレートは、各々、下部プレート及び上部プレートの両方を通って、一列に並べられて伸びている複数のガス穴を備えている。フェースプレートの上部ガス分配プレートは、複数の第１ガス穴にガスを供給するチャンバを含む。第１プロセスガスは、上部チャンバの複数の穴を通って供給される。第１ガス穴は、プロセス領域に第１ガスを分配する。前述のように、下部ガス分配プレートは、同様に、上部ガス分配プレートの穴と一列に並ぶ複数の穴を含んでいる。下部ガス分配プレートは、上部プレートの下に配置される。このように、第１プロセスガスは、汚染されない純粋な状態で、プロセス領域に分配される。一つのアレンジメントにおいては、プロセス領域に、より均一なガスを分配するために、ガス分配プレートの表面に、ガス分配穴を均等に分布させて、下部ガス分配プレートを、円形の平面図形態を有するようにする。
【００３５】
[0050]上の又は他の本明細書における一つ以上の実施形態において、下部ガス分配プレートを通って伸び、複数の相互連結流路によって接続される、複数の第２ガス穴が設けられる。相互連結流路は、第２プロセスガスを導入する円周プレナムと結合される。第２ガス穴は、円周プレナムによって第２プロセスガスと流体連通する。複数の第２ガス穴及びそれらの相互連結流路は、複数の第１ガス穴の各々に関して密封される。このように、フェースプレートの中で別々のガスが流体連通することが排除される。
【００３６】
[0051]上の又は他の本明細書における一つ以上の実施形態において、上部ガス分配プレートの底表面は、下部ガス分配プレートの最上面に結合され、融合される。この点で、上部ガス分配プレートの底部の平坦面が、第２ガスを運搬するマニホールド流路の最上面を形成する。マニホールド流路の全ては、下部ガス分配プレートの外部エッジの近くに位置する円周プレナムによって相互に結合される。複数の穴は、ガスを円周プレナムへ供給するために、円周プレナム中の上部ガス分配プレートの端部近くに穿設される。ガスは、下部ガス分配プレートの第２ガス穴にガスを供給するマニホールド流路と結合される。
【００３７】
[0052]上の又は他の本明細書における一つ以上の実施形態において、下部及び上部のガス分配プレートは、フェースプレートの中でＯリングを使用しないようにするために、融合される。一つのアレンジメントにおいて、融合は、まず３〜５ｍｍ厚み幅のシリコンリッチなアルミニウム膜又は薄膜を接触面に付加することによって行われる。次に、２枚のガス分配プレートは、相互に固定される。フェースプレートは、それからほぼ550℃の温度で、真空チャンバ内部で加熱される。このような方法で、ガス分配プレートは、プレートがお互いに接触する位置で融合される。他のアレンジメントにおいて、ガス分配プレートの各々は、固体のニッケル２００シリーズ材料から製造される。蝋付けされた表面は、ガスが、上部ガス分配プレートから下部ガス分配プレートに移行するときに、ガスの分離を維持する適当な密封を形成するために、好ましくは１〜３ｍｍの平坦度を有する。固体のニッケルプレートは、望ましいコンタクトシールを得るために蝋付けされる。
【００３８】
[0053]前述が本考案の実施形態に関する一方、その他及び本考案の別の実施例は、本考案の基本的範囲から逸脱することなく、案出されることができ、本考案の範囲は、添付された実用新案登録請求の範囲で決定される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本考案のシャワーヘッドを含んでいる半導体ウエハプロセスリアクタを示す概略断面図である。
【図２】図２は、下部ガス分配プレートを示す平面図である。
【図３】図３は、図２の線３‐３に沿った下部ガス分配プレートを示す部分断面図である。
【図４】図４は、下部ガス分配プレートの一部分を示す詳細な平面図である。
【図５】図５は、図４の線５‐５に沿った下部ガス分配プレートの一部分を示す詳細な断面図である。
【図６】図６は、上部ガス分配プレートを示す平面図である。
【図７】図７は、図6の線７‐７に沿った上部ガス分配プレートを示す部分断面図である。
【図８】図８は、図７に示される上部ガス分配プレートの一部分を示す分解断面図を表す。
【図９】図９は、本考案のシャワーヘッド用フェースプレートを形成している下部及び上部ガス分配プレートの取り付け部分を示す詳細な断面図である。
【図１０】図１０は、ガス分配マニホールドアセンブリを示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０の線１１‐１１に沿ったガスアセンブリを示す断面図である。
【図１２】図１２は、ガス分配マニホールドアセンブリを示す底面図である。
【図１３】図１３は、シャワーヘッドの一部分の別の実施形態を示す断面図である。
【図１４】図１４は、従来の技術のデュアルガスシャワーヘッドを示す断面立体分解図である。
【符号の説明】
【００４０】
５０…シャワーヘッド、５２…ガス通路、５４…ガス通路、５８…上部ブロック、６０…中央ブロック、６２…下部ブロック、７２…ポート、７８…出口、８０…マニホールド、８２…マニホールド、８４…流路、１００…チャンバ、１０４…プロセス領域、１０６…基板、１０８…ペデスタル、１１２…スリットバルブ、１１４…シャワーヘッド、１１６…供給源、１１８…供給源、１２４…コンジット、１２６…コンジット、１２８…壁、１３０…フェースプレート、１３２…ガス分配マニホールド、１３４…コンジット、１４０…Ｏリング、１４２…Ｏリング、１４４…円筒状チャンバ、１４６…環状チャンバ、１４８…下部ガス分配プレート、１５０…上部ガス分配プレート、１５２…ボルト、２００…中心入口領域、２０２…フランジ、２０４…穴、２０６…穴、２０８…流路、２１０…穴、２１２…正方形状凸部、６００…フランジ支持体、６０２…凹部、６０６…穴、９００…周囲プレナム、９０２…周囲エッジ領域、９０４…穴、１０００…下部プレート、１００２…中央プレート、１００４…上部プレート、１１００…冷却プレート、１０１２…流路、１３００…フェースプレート、１３０２…上部ガス分配プレート、１３０４…下部ガス分配プレート、１３０８…穴、１３１０…上側、１３１２…チューブ、１３１６…キャビティ、１３１８…入口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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